[实用新型]一种燃料电池及其离心式空压机

说明书

本案提供的一种离心式空压机，包括电机本体、电机壳体、低压侧压壳、高压侧压壳、空气冷却系统以及水冷却系统。空气冷却系统的冷却通道设置于电机壳体上。冷却气体入口通过取气管连通级间连接管出气口，低压侧冷却通道和高压侧冷却通道的入口均与冷却气体入口连通，低压侧冷却通道的出口经过低压侧环形冷却通道与机壳通道入口连通。水冷却系统的冷却水通道设置于电机壳体、级间连接管、低压侧压壳和高压侧压壳上。通过上述设置，轴一级段与轴二级段具有轴承套筒功能，且空心设计可减轻主轴质量。水冷却系统和空气冷却系统均集成在空压机上，对定子、转子、压壳和轴承进行冷却，有效提高了空压机的散热性能。本案还提供了一种燃料电池。

技术领域

本实用新型属于氢燃料电池空压机技术领域，特别涉及一种氢燃料电池用两级高速离心式空压机。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的装置，氢燃料电池通过电化学反应，只产生水和热，对环境无污染，燃料电池运行平稳安静，发电效率可以达到50％以上。

空压机是氢燃料电池系统中的重要部件之一，它将环境大气中的氧气提升至一定压力，输送给氢燃料电池反应堆，并与氢气发生电化学反应产生电能和水；空压机的驱动能源来自氢燃料电池反应堆，空气压缩机和氢燃料电池反应堆形成互为依赖的关系，因此空压机的工作特性对氢燃料电池具有较大影响。

氢燃料电池反应堆中的质子交换膜需要工作在无油条件下，否则将会引起质子交换膜失效，因此需要作为氧化剂的压缩空气中不能含有任何油成分，现有的传统油气润滑轴承不能满足要求。

由于氢燃料电池反应堆和空气压缩机之间的能量相互关系，反应堆希望能够以较小的输出电能驱动空压机，同时希望空压机尽可能多提供符合压力要求的压缩空气，因此，对空压机的工作效率提出了较高的要求。

目前离心式空压机以其结构紧凑、质量轻、排气量范围大和运转可靠等特点在氢燃料电池系统中得到广泛应用，离心式空压机设计一般采用电机直驱方式，电机转子和主轴做成一体化结构，主轴两端联接离心式叶轮，叶轮内置于压壳内。由于电机在工作时产生大量热量，热量聚集在空压机内部会降低电机效率，甚至导致定子绕组烧毁，因此必须及时有效地实现散热。传统的电机一般采用风冷或水冷的方式对内部的电机转子、轴承等零件进行散热，但传统的水冷方式在整个水冷通道内的冷却效果不够均匀。

另外，体积小、质量轻的氢燃料电池用空压机是提升氢燃料电池汽车整车性能的重要因素之一。因此，需要高转速空压机以满足流量和压比需求，转子转速一般要达到100000rpm以上的高速状态运行，这也带来了转子动力学稳定性问题，以及高速转子带来的散热和冷却问题，也都需要综合考虑并加以解决。

因此，如何有效提高空压机的散热性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种离心式空压机及燃料电池，能够实现对电机的转子、定子、空气轴承、压壳室的冷却，有效提高空压机的散热性能。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种离心式空压机，包括：

电机本体，包括转子和定子，所述转子包括电机主轴，所述电机主轴包括空心轴以及分别设置于所述空心轴两端的轴一级段和轴二级段，所述轴一级段和所述轴二级段的外侧壁为轴承套筒状结构；

电机壳体、低压侧压壳和高压侧压壳，所述电机壳体包覆在所述定子的外周面上，所述电机壳体的两端分别连接所述低压侧压壳和所述高压侧压壳；

空气冷却系统，包括设置于所述电机壳体上的冷却气体入口、低压侧冷却通道、低压侧环形冷却通道、机壳通道和高压侧冷却通道，所述冷却气体入口通过取气管连通级间连接管的出气口，所述低压侧冷却通道的入口和所述高压侧冷却通道的入口分别与所述冷却气体入口连通，所述低压侧冷却通道的出口经过所述低压侧环形冷却通道与所述机壳通道的入口连通，所述机壳通道的出口和所述高压侧冷却通道的出口用于排出冷却气体；